基于重載作用下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析

上官宇浩+王鈺潔+卞超凡+顧晨耀+沈錢超

摘 要： 為了進(jìn)行重載作用下水泥穩(wěn)定碎石基層及瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)分析，本文通過改變基層厚度，采用瀝青路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)計(jì)算軟件Bisar3.0對(duì)2種基層類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算，得出瀝青路面的面層頂部、面層底部的最大剪應(yīng)力、最大拉應(yīng)力，進(jìn)而得出重載作用下2種基層類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)面層頂部、面層底部的最大剪應(yīng)力、最大拉應(yīng)力在基層厚度發(fā)生變化的情況下產(chǎn)生的變化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 重載；面層；水泥穩(wěn)定碎石；瀝青穩(wěn)定碎石；Bisar3.0

0 引言

半剛性基層因?yàn)槠浜奢d分布能力強(qiáng)，剛度大等特點(diǎn)被廣泛采用，我國(guó)90%以上的高等級(jí)公路基層和底基層均采用了這種材料[1-2]。柔性基層瀝青路面的基層采用級(jí)配碎石或?yàn)r青穩(wěn)定碎石，在我國(guó)多個(gè)地區(qū)同樣有著廣泛使用[3]。車輛超載問題在我國(guó)非常嚴(yán)重，由于車輛超載對(duì)于瀝青路面的損害是非常普遍的。我國(guó)在瀝青路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)計(jì)算軟件對(duì)重載作用下半剛性基層瀝青路面及柔性基層瀝青路面的力學(xué)響應(yīng)分析是很少的，本文運(yùn)用瀝青路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)計(jì)算軟件Bisar3.0對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面和瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青路面進(jìn)行力學(xué)響應(yīng)分析。

1 路面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)

本文的瀝青路面結(jié)構(gòu)上面層采用的材料為AC-13瀝青混凝土，中面層采用AC-20瀝青混凝，下面層采用AC-25瀝青混凝土，路面底基層采用水泥穩(wěn)定碎石?；鶎臃謩e采用了水泥穩(wěn)定碎石和瀝青穩(wěn)定碎石。

本文瀝青混合料的動(dòng)態(tài)壓縮模量，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的模量，泊松比的數(shù)值。見表1。

2模型的建立

基于彈性層狀體系理論，假設(shè)層間連續(xù)?；谥剌d交通的考慮，軸載取單軸雙輪130KN，與之對(duì)應(yīng)當(dāng)量圓的半徑是11.45cm。X坐標(biāo)長(zhǎng)度為17.18cm（雙圓中心距），Y坐標(biāo)長(zhǎng)度為0.00cm。

分別計(jì)算水泥穩(wěn)定碎石與瀝青穩(wěn)定碎石基層在不同厚度情況下面層頂部、面層底部的最大剪應(yīng)力、最大拉應(yīng)力，并對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1面層頂部

（1）拉應(yīng)力分析

通過軟件計(jì)算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層頂部的最大拉應(yīng)力見表2。

由表2中的計(jì)算數(shù)據(jù)可得圖1走勢(shì)圖，從右向左分析：以水泥穩(wěn)定碎石為基層的路面，隨著其基層厚度的不斷減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大壓應(yīng)力在所研究的范圍內(nèi)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；以瀝青穩(wěn)定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大壓應(yīng)力在研究范圍內(nèi)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

（2）剪應(yīng)力分析

經(jīng)計(jì)算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層頂部的最大剪應(yīng)力見表3。

由計(jì)算數(shù)據(jù)可以得到圖2趨勢(shì)圖，從右向左看：以水泥穩(wěn)定碎石為基層的路面，如果其基層厚度的不斷減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大剪應(yīng)力在所研究的范圍內(nèi)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；以瀝青穩(wěn)定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，在給定荷載作用下，其面層頂部的最大減應(yīng)力在研究范圍內(nèi)是同樣是呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

3.2面層底部

（1）拉應(yīng)力分析

經(jīng)計(jì)算，基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層底部的最大拉應(yīng)力見表4。

根據(jù)數(shù)據(jù)得到圖3，圖3從右向左分析：以瀝青穩(wěn)定碎石為基層的路面，在給定荷載作用下，隨著基層厚度的減小，其面層底部的最大壓應(yīng)力在研究范圍內(nèi)同樣是呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；以水泥穩(wěn)定碎石為基層的路面，在給定荷載作用下，隨著其基層厚度的不斷減小，其面層底部的最大壓應(yīng)力在所研究的范圍內(nèi)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

（2）剪應(yīng)力分析

經(jīng)過計(jì)算，得出基層為半剛性和柔性的瀝青路面面層底部的最大剪應(yīng)力。表5為具體計(jì)算數(shù)據(jù)。

由圖4從右向左分析：在給定荷載作用下，以水泥穩(wěn)定碎石為基層的路面，隨著其基層厚度的不斷減小，其面層頂部的最大剪應(yīng)力在所研究的范圍內(nèi)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)；以瀝青穩(wěn)定碎石為基層的路面，隨著基層厚度的減小，其面層頂部的最大拉應(yīng)力在研究范圍內(nèi)呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

4 結(jié)論

（1）無論是半剛性基層（水泥穩(wěn)定碎石基層）還是柔性基層（瀝青穩(wěn)定碎石基層）的瀝青路面，它們的面層頂部、面層底部的剪應(yīng)力在一定范圍內(nèi)是隨著厚度的減小而減小。

（2）無論是半剛性基層（水泥穩(wěn)定碎石基層）還是柔性基層（瀝青穩(wěn)定碎石基層）的瀝青路面，它們的面層頂部、面層底部的拉應(yīng)力（壓應(yīng)力）絕對(duì)值在一定范圍內(nèi)是隨后度的減小而增大。■

參考文獻(xiàn)

[1] 陳峰峰，黃曉明，單景松，等.重載交通下不同基層瀝青路面的力學(xué)分析[J].上海公路，2008，（2）：11-15.

[2] 胡明，于鵬輝，等.半剛性與柔性基層瀝青路面重載適應(yīng)性對(duì)比分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2010，（6）：69-71.

[3] 林繡賢. 柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M.林繡賢. 北京： 人民交通出版社，1998.